Thème : Alcool et système nerveux font-il bon ménage? TABLE DES MATIERES

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1 1 Groupe 4 : Luise Kalbe, Sophie Padou, Joëlle Piraux Thème : Alcool et système nerveux font-il bon ménage? TABLE DES MATIERES 1. Description de la situation problème Explication du thème proposé Représentations faisant obstacle à l apprentissage: Thèmes, concepts et compétences abordés : Définitions des concepts abordés : Prérequis nécessaires / public visé : Carte conceptuelle Activités avec les élèves Bibliographie Annexe Description de la situation problème «Tu es invité samedi prochain à fêter les 18 ans d un copain. La sono est assurée et le champagne déjà au frais! Une fête à ne pas manquer!!! Pour plus de facilités, tu te rends chez lui en voiture. A peine arrivé, il t accueille en te proposant de déposer tes clés de voiture dans un panier et il te précise que tu ne pourras les récupérer que si tu montres en fin de soirée que tu es encore capable de prendre le volant. Des alcotests sont prévus pour ceux et celles qui désirent savoir s ils sont en état ou non de reprendre le volant. Comment réagis-tu? Comment fonctionne un alcotest? Comment notre corps réagit après avoir absorbé de l alcool?»

2 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 2 2. Explication du thème proposé L objectif de l activité est d examiner les effets de l alcool sur le cerveau. L élève doit pouvoir identifier les effets physiologiques liés à la consommation abusive d alcool sur le corps humain. Pourquoi ce thème: L alcool est une substance qui affecte le fonctionnement de l organisme, en particulier le système nerveux; L alcool est un problème de société, y compris les jeunes ; Beaucoup de fausses idées circulent au sujet des effets de l alcool. 3. Représentations faisant obstacle à l apprentissage Les représentations de ce qui est «cool» et de ce qui ne l est pas, la pression de groupe peuvent représenter un obstacle à l apprentissage tout comme les différentes «recettes de grand-mère» utilisées par les uns et les autres pour annihiler les effets de l alcool sur l organisme. Voici quelques exemples de fausses idées sur l'alcool et quelques pratiques qui en découlent: Bien manger peut aider car cela ralentit la montée de l'alcoolémie mais ne l'empêche pas. De l'huile dans l'estomac sert peut-être pour certains concours étudiants, mais ce n'est ni bon à boire, ni bon pour diminuer l'effet de l'alcool ; L'alcool désaltère : Pas vraiment, passé ce premier effet satisfaisant, l'alcool au contraire déshydrate notamment en faisant uriner plus souvent. C'est d'ailleurs cette déshydratation qui provoque en partie l'effet "gueule de bois" ; Boire de l'eau ou un café désaoule : c est faux, le café est un excitant comme l'alcool et n'aide en rien la diminution de l'alcoolémie. C est une bonne chose de boire de l'eau car cela permet d éviter la déshydratation mais cela n'accélère nullement le processus d'élimination de l'alcool par le foie ; L'alcool réchauffe : C est faux. La dilatation sous la peau des vaisseaux provoque cette sensation de réchauffement, mais en réalité, la température du corps s'abaisse d'un demi degré par fraction de 50 g d'alcool absorbé, ce qui peut entraîner de graves problèmes par temps froid ; Faire de l'exercice accélère l'élimination de l'alcool : C est faux également. Ni le froid, ni l'effort n'accélèrent l'élimination de l'alcool, celle-ci dépend fortement d un individu à l autre.

3 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 3 4. Thèmes, concepts et compétences abordés : Chimie Année Solution aqueuse et concentration d une solution 4 e, 5 e, 6 e Oxydants et réducteurs Chimie sécurité - santé 5 e, 6 e 4 e, 5 e, 6 e Biologie Cellule nerveuse comme unité de fonctionnement Système nerveux et synapse Stimulation physique et chimique du système nerveux Equilibre nerveux de la personne et son importance dans la vie Perception et réaction Prévention des troubles de la santé Année 4 e 5 e, 6 e 5 e, 6 e 5 e, 6 e 5 e, 6 e 4 e Conditions de vie utiles pour assurer une hygiène (de vie) et sécurité optimales 5 e, 6 e Savoir-faire : Mettre en évidence la formation de nouvelles substances lors d une réaction chimique ; Rendre compte de phénomènes observés en écrivant des équations chimiques ; Simuler sur le modèle du train les effets de l alcool, de drogues ou de médicaments ; Intégrer les notions abordées (en faire la synthèse) en réalisant un montage/collage expliquant certains effets de l alcool, faisant le lien entre le modèle du train et l effet de l alcool sur le système nerveux pour rendre possible une réflexion interdisciplinaire sur la consommation d alcool.

4 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 4 Compétences générales Compétences spécifiques Modéliser, dans le cadre scientifique, un phénomène courant pour pouvoir interpréter ce phénomène et prévoir son évolution. Modéliser diverses formes de la matière constitutive du vivant et expliquer un mécanisme de régulation (au niveau de la synapse). Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des phénomènes naturels (effet de l alcool sur le système nerveux), des processus technologiques (fonctionnement de l alcotest). Estimer la pertinence et les limites du modèle. Expliquer le mode d action d un alcool ou d une drogue (sur le système nerveux, mais pas sur le reste de notre corps). Utiliser à bon escient des notions scientifiques pour justifier des règles de sécurité et d hygiène (de vie) à mettre en œuvre dans une situation de la vie quotidienne. Formuler des hypothèses/questions en vue de sauvegarder son patrimoine santé. Distinguer une réaction chimique d un phénomène physique. (notre modèle expliquera l effet d un signal chimique ou physique sans aller dans le détail) Expliquer pourquoi intégrer des règles de sécurité (pas d alcool au volant) et/ou d hygiène (de vie) (pas boire trop d alcool) dans des comportements quotidiens pour sauvegarder notre patrimoine santé. Expliquer comment intégrer ces règles de sécurité et/ou d hygiène (de vie) dans des comportements quotidiens pour sauvegarder notre patrimoine santé. 5. Définitions des concepts abordés Neurone ou cellule nerveuse : le neurone est un type de cellule différenciée composant avec les cellules gliales le tissu nerveux. Les neurones constituent l'unité fonctionnelle du système nerveux, ce sont des cellules hautement spécialisées capables de générer, d acheminer et de transmettre des influx nerveux ; Potentiel d action ou influx nerveux : c est le courant électrique développé dans un nerf pendant son activité. Il peut être provoqué par stimulation électrique, chimique, mécanique, etc. Le passage d un potentiel d action à un endroit est suivi par une période réfractaire pendant laquelle le nerf ne peut être restimulé. Ceci empêche le retour en arrière de l influx nerveux ;

5 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 5 Nerf : en anatomie, un nerf est une structure du système nerveux périphérique composé de fibres nerveuses (les axones) capable de transmettre des informations sensitives afférentes (du corps vers le cerveau) et efférentes (du cerveau vers les muscles ou vers d autres organes comme les glandes) ; Axone : l axone ou fibre nerveuse est le prolongement long, mince et cylindrique d'un neurone. Il conduit les informations du corps cellulaire vers d autres neurones avec qui il fait des connexions (les synapses) ; Myéline : c est la substance grasse de la membrane des cellules gliales qui s enroule autour des axones servant d isolant électrique. La présence de myéline permet d augmenter la vitesse de conduction de l influx nerveux ; Synapse : la synapse (du grec syn = ensemble ; haptein = toucher, saisir; c'est-à-dire connexion) désigne une zone de contact fonctionnelle qui s'établit entre deux neurones, ou entre un neurone et une autre cellule (cellules musculaires, récepteurs sensoriels,...). Elle assure la conversion d'un potentiel d'action déclenché dans le neurone présynaptique (neurone d où arrive l influx nerveux) en un signal dans la cellule postsynaptique (cellule où vont se fixer les messagers chimiques ou neurotransmetteurs) ; Neurotransmetteur : substance libérée par la cellule présynaptique dans une synapse, elle est capable de se fixer à un récepteur de la cellule postsynaptique (neurone ou cellule effectrice) et d y déclencher un nouvel influx ; Réflexes : le réflexe, d'une façon générale, fait intervenir des propriétés intégratrices d'un centre nerveux. Il résulte d'un réflexe des activités musculaires en réponse à un stimulus. Dans le cadre d un réflexe, lorsque le corps est stimulé, l'influx nerveux se propage vers la moelle épinière, mais ne se poursuit pas jusqu'au cerveau : la réponse, sous la forme d'un influx nerveux, est initiée directement par la moelle épinière. Ce mécanisme constitue l'«arc réflexe». Il en résulte que le réflexe est involontaire et très rapide. Les réflexes sont souvent des réactions de défense, comme le retrait du membre en cas de brûlure, avant que le cerveau ait perçu la douleur. Alcoolémie : l alcoolémie est le taux d alcool pur contenu dans le sang, elle s exprime en nombre de grammes d éthanol présent dans 1litre de sang. En Belgique, il est interdit de conduire un véhicule avec une alcoolémie égale ou supérieure à 0,5 g/litre de sang ; Dosage : action qui consiste à déterminer la quantité de matière d un constituant présent dans une quantité donnée d un mélange. L alcootest permet de mesurer la quantité d alcool présente dans un échantillon donné (sous forme gazeuse). Dans notre expérience par contre, nous allons montrer quelle est la réaction à la base du fonctionnement de l alcootest ; Réaction d oxydo-réduction : une réaction d'oxydo-réduction est une transformation de la matière à l'échelle atomique par transfert d'électrons. Une réaction d'oxydo-réduction peut s écrire formellement en deux étapes sous forme d une oxydation et d une réduction ; L oxydation : dans le langage courant, l' oxydation est la réaction chimique dans laquelle un composé se combine avec un ou plusieurs atomes d'oxygène. Un exemple connu est

6 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 6 l'oxydation du fer qui produit la rouille. D'une façon plus générale, l'oxydation est la réaction dans laquelle un corps cède un ou plusieurs électrons. Exemple : Zn Zn e - Ce don d'électrons ne se produit que s'il existe un corps susceptible de les accepter. Le phénomène inverse ( acceptation des électrons ) est appelé la réduction ; La réduction : une réduction est une réaction au cours de laquelle un ou plusieurs atomes d'une molécule ou d'un ion gagne des électrons. Exemple : Cu e - Cu 6. Pré-requis nécessaires / public visé : La réaction chimique Les notions d acides et de bases Les oxydants et les réducteurs La cellule Le système nerveux Les campagnes de sécurité routière Etant donné ce qui a été dit au point 4 et les pré-requis nécessaires des élèves, les expériences d adressent principalement à des élèves de l enseignement secondaire général de transition du 3 ème cycle, c est-à-dire des élèves de 5 ème et 6 ème secondaire en sciences 3h et/ou 5h.

7 7 7. Carte conceptuelle Rédox Effet Macroscopique est à la base du Dosage (alcootest) permet une mesure quantitative Alcool Réflexes (lunettes) permet une mesure qualitative Agit cerveau comporte Neurones transmettent au niveau des synapses via Influx nerveux le long de l axone via Neurotransmetteurs Potentiel d action ont des effets directs sur Effet Microscopique

8 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 8 8. Activités avec les élèves 8.1. Reformulation de la situation problème Nous avons une dizaine d élèves de 5 ème ou 6 ème année et par groupe de 2 ou 3, ils font reformuler la situation problème et ce dans leurs propres mots (pendant 5 minutes) Recueil des représentations des élèves Par écrit, distribuer les questions suivantes aux différents groupes, ils ont 10 minutes pour répondre : Qu est ce que l alcoolémie? Quel est le taux d alcool dans le sang autorisé en Belgique pour prendre le volant? Quelle quantité d alcool faut-il absorbé pour atteindre ce taux? Comment mesurer la quantité d alcool absorbée par une personne? Qu est-ce un alcootest? L alcootest, comment ça fonctionne? Quelles parties de notre organisme sont affectées par l alcool? Comment agit l alcool sur notre organisme? Que faire pour que les effets de l alcool sur l organisme disparaissent? Combien de temps après la consommation d alcool, le taux d alcoolémie est-il le plus élevé? Quels sont les dégâts causés par la consommation chronique d alcool? Quels facteurs influencent le taux d alcoolémie pour une quantité déterminée d alcool consommé? 8.3. Mise en commun des représentations des élèves Chaque groupe donne ses propres représentations. On les inscrit sur un tableau et on y reviendra après les expériences (5 minutes) Tâches à effectuer par les élèves La classe est divisée en deux groupes de 6 élèves maximum. Le premier groupe, va examiner la question de la mesure du taux d alcool au travers de deux expériences (A et B), tandis que le deuxième groupe modélisera l impact de l alcool sur le système nerveux (C) :

9 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 9 A. Est-ce que l alcool altère nos réflexes et la perception du monde qui nous entoure? Matériel Une paire de lunettes spécialement conçue par l'institut belge de la sécurité routière (IBSR) ayant pour effet de simuler un état d'ébriété. Cette paire de lunettes a été disponible grâce à l'intervention de Monsieur Kluppels, directeur de l'ibsr. Mode opératoire Deux élèves sont disposés aux extrémités d'une classe. Un des élèves porte une paire de lunettes simulant un état d'ébriété et doit rejoindre son camarade de l'autre côté de la classe par un parcours délimité par des tables. Quel est le comportement que les élèves observent chez l'élève qui porte la paire de lunettes? Que ressent l'élève qui porte la paire de lunettes en effectuant le parcours? Mise en commun des résultats oralement (5 minutes) Les observations du comportement des uns et des autres lorsqu ils portent les lunettes sont mises en évidence et notées sur un tableau. Restructuration des savoirs Pourquoi a-t-on les réflexes altérés et le champ de vision rétréci et pourquoi titubet-on quand on est ivre? Les effets de l'alcool sur les capacités de la personne ivre sont bien connus. Ils agissent directement sur le cerveau, même à faible dose, car l'alcool induit très rapidement un comportement risqué sans que la personne concernée en prenne conscience. Comment observe-t-on cela? L'alcool rétrécit le champ visuel, la perception latérale des objets est donc altérée. La perception du relief, de la profondeur et des distances est modifiée. Le temps de réaction visuelle augmente. Chez une personne sobre, la durée moyenne de réaction est évaluée à une seconde. S'il présente une alcoolémie même légèrement positive, elle atteint au moins une seconde et demi. L'alcool diminue la vigilance ainsi que la résistance à la fatigue. En outre, la coordination des mouvements est perturbée. Comment l'alcool peut-être à l'origine de ces comportements? Nos comportements et nos émotions sont modulés par l effet des neurotransmetteurs sur les neurones. La quantité de tel ou tel neurotransmetteur qui se lie à son récepteur spécifique dans nos synapses est réglée avec précision par de nombreux mécanismes de rétroaction, un peu comme un thermostat maintient la température d'une pièce autour d'une certaine valeur. C'est à ce niveau qu'influe l'alcool.

10 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 10 Persistance des effets de l alcool. Après absorption de boissons alcoolisées, la concentration maximum d alcool dans le sang survient environ une heure et demi après la prise. Ensuite, elle décroît en fonction du temps selon une courbe exponentielle. Par exemple: quelqu'un qui présente un taux de 2,5 grammes (de 10 à 15 verres d'alcool) vers 20 heures est encore au-dessus de 0,5 grammes (taux légal limite pour la conduite d'un véhicule) le lendemain vers 7h30. Il y a une diminution que d'environ 0,15 grammes par heure. Facteurs qui modifient le taux d'alcool dans le sang. Différents facteurs modifiant la courbe d alcoolémie sont maintenant bien connus: l'alimentation : lorsque la boisson alcoolisée est ingérée au cours d'un repas, le taux d'alcool est abaissé ; la dilution et la teneur en sucre de la boisson alcoolisée : le taux d'alcool est d'autant plus élevé que la boisson est plus concentrée et moins sucrée ; le sexe de la personne : le taux d'alcool est plus élevé chez la femme que chez l homme ; le poids de la personne : le taux d'alcool est plus élevé chez des personnes maigres. Le temps d'élimination est fonction de la quantité d'alcool ingérée. Il y a également de fortes variations d un individu à l autre. Mais, contrairement aux idées reçues, ni le froid, ni l'effort physique, ni un bon café n'accélèrent cette élimination. Après des ingestions successives, étalées tout au long de la journée, la courbe présente un taux d'alcoolémie en dents de scie. En effet, si de l'alcool est de nouveau absorbé alors que la dose précédente n'est pas éliminée, il y a accumulation. (Des graphiques illustrant ceci seront montrés sur le poster) B. L alcootest, comment ça fonctionne? Matériel 1 Pour la préparation des solutions de K 2 Cr 2 O 7 et H 2 SO 4 Balance Spatule 2 verres à pied de 250 ml 2 erlenmeyers de 500 ml eau distillée (une plaque agitante et 2 puces magnétiques) un gros gant un marqueur indélébile 2 bouteilles de 250 ml chacune

11 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 11 2 Pour la réalisation de l expérience par binômes d élèves : 1 burette de 100 ml 1 burette de 50 ml compte-gouttes K 2 Cr 2 O 7 0,1 M H 2 SO 4 6 M Ethanol 95% Méthode (15 minutes) pissette d eau distillée Les élèves travaillent par binôme. Première étape : préparation des réactifs utilisés dans le cadre d un alcootest. Prendre à l aide de la pipette et de la poire, 20 ml de K 2 Cr 2 O 7 0,1 M et les verser dans les 2 verres à pied. Rincer la pipette avec de l eau distillée Prendre à l aide de la pipette et de la poire, 10 ml de H 2 SO 4 6 M et les verser dans les 2 verres à pied. Pourquoi utilise-t-on deux verres à pied pour faire l expérience? Deuxième étape : observation du comportement des réactifs en présence d alcool. Quelle est la couleur observée dans chacun des verres à pied? Prendre un des deux verres à pied et ajouter à l aide du compte-gouttes, de l éthanol jusqu à ce que l échantillon change de couleur par rapport à la couleur du témoin. Quelle est la couleur observée après ajout de 10, 20, 30 et 40 gouttes d alcool? Mise en commun des résultats (5 minutes) Relever les résultats expérimentaux de chacun des binômes, en faire un tableau général que l on écrit sur un tableau. Emettre des hypothèses sur la réaction observée. Restructuration des savoirs (10 minutes) On peut facilement mesurer l alcoolémie à partir de l haleine d une personne en utilisant un alcootest. Comme le sang irrigue naturellement les poumons, les molécules d alcool qu ils renferment imprègnent l air qui s y trouve. Lorsqu une personne souffle dans l alcootest, ces molécules sont expulsées avec l air. La quantité d'alcool présente dans l'air est 2000 fois plus faible que celle présente dans le sang. En mesurant la quantité d'alcool présent dans l'air expiré on peut donc connaître celle présente dans le sang.

12 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 12 Tout comme dans notre expérience, l alcool éthylique contenu dans l air alvéolaire réagit avec le bichromate de potassium selon la réaction d oxydoréduction suivante : 3 CH 3 CH 2 OH + 2 K 2 Cr 2 O H 2 SO 4 3 CH 3 COOH + 2 Cr 2 (SO 4 ) K 2 SO H 2 O Dans cette réaction, les molécules d alcool réagissent avec les molécules de bichromate de potassium et la réaction chimique entre les deux substances provoque un changement de couleur de la solution qui passe de l orangé au bleu vert. Plus il y a d alcool dans l échantillon, plus la couleur change. Le degré de changement de couleur est donc directement relié à la concentration d alcool dans l air expiré. La décoloration du réactif est proportionnelle à la quantité d alcool oxydé. Ainsi, à l aide d un spectrophotomètre, on pourrait comparer exactement le changement de couleur entre le jaune-orangé du verre à pied témoin et le bleu-verdâtre du verre à pied d essai. Une courbe d étalonnage déterminerait de manière précise la concentration en alcool dans l échantillon. C. Comment peut-on modéliser les effets de l alcool sur le système nerveux? Matériel Le fonctionnement du système nerveux, l impact de l alcool sur ce dernier et les conséquences pour le reste de l organisme sont modélisés à l aide d un circuit de train électrique. Un schéma du circuit de train est donné en annexe (annexe 2). Ce circuit est composé de : un transformateur et un système de contrôle pour activer sélectivement plusieurs trains ; des rails droits et courbés ; un aiguillage en X ; trois aiguillages en Y ; trois ou quatre locomotives ; plusieurs wagons à charbon ; billes, boules ou perles de taille et/ou couleur différentes ; plusieurs petits récipients différents pour contenir une bille ou perle particulière (p.ex. des petits blocs de plasticine sur lesquels on a créé un renfoncement avec la bille qu'ils doivent contenir) 5 gares (maisons Légo, Playmobil ou autres) servant de gare centrale, de gare de triage et de gares secondaires ; au moins six petits personnages (Playmobil ou autres) ; plusieurs petits cartons portant une inscription différente telle que système nerveux central, système nerveux périphérique, cerveau, moëlle épinière, axone, neurone moteur, neurone sensoriel, synapse, neurone pré-synaptique, neurone postsynaptique, potentiel d action, neurotransmetteur, myéline, organe (foie, œil), muscle. un carton pour cacher le rail dans la fente synaptique et simuler celle-ci ; un animal féroce (ex. un dinosaure) pour simuler l alcool ; un petit objet pour simuler un obstacle.

13 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 13 Le demi groupe d élèves travaillera ensemble et manipulera (sous surveillance) le circuit aux différents endroits. L expérience comportera quatre étapes : 1. Comprendre le fonctionnement du système nerveux ; 2. Comprendre l effet de l alcool sur le système nerveux et les conséquences pour le reste de l organisme ; 3. Comprendre les effets d une consommation chronique de l alcool sur le système nerveux et les conséquences pour le reste de l organisme ; 4. Restructuration des savoirs. Selon le temps disponible on peut aborder tous les exemples donnés pour la deuxième et la troisième étape ou seulement en sélectionner quelques uns. Un poster montrant des schémas du système nerveux, du cerveau, d un neurone, des connections entre nerfs et muscles, des photos de cerveaux normaux et endommagés par l alcoolisme, etc. sera utilisé pour illustrer l expérience. Première étape : Comment fonctionne le système nerveux? (15 minutes) Questions posées aux élèves: 1. Quelles sont les différentes parties du système nerveux et à quoi peuvent elles correspondre dans le circuit du train? (Les élèves placeront les petits cartons portant les inscriptions aux différents endroits). 2. A quoi correspondent les parties du circuit qui ne font pas partie du système nerveux? (Les élèves placeront les petits cartons portant les inscriptions aux différents endroits). 3. Comment fonctionne le système nerveux?

14 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 14 Pour expliquer le fonctionnement du système nerveux nous simulerons la situation suivante : Système nerveux L individu voit un obstacle dans son chemin (stimulus sensoriel), ce qui provoque l envoi d un influx nerveux (potentiel d action) dans l axone d un neurone sensoriel de l œil pour en informer le cerveau. Le cerveau envoie un nouveau potentiel d action dans un neurone moteur vers les muscles de la jambe pour leur signaler de réagir afin de lever le pied pour éviter de trébucher sur l obstacle. Ce potentiel d action n arrivera aux muscles concernés qu après passage par une synapse. A son l arrivée à la synapse, les neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique et se fixent sur les récepteurs du neurone post-synaptique. Un nouveau potentiel d action apparaît alors dans celui-ci et est propagé vers les muscles de la jambe qui réagiront pour permettre que l individu lève son pied. Les neurotransmetteurs se détachent rapidement de leurs récepteurs et retournent dans la fente synaptique où ils sont désintégrés ou re-capturés par des récepteurs du neurone présynaptique. Modèle Un obstacle se trouve dans le chemin d un personnage à une des gares secondaires. Il envoie une locomotives (potentiel d action) sur les rails (axones) vers la gare centrale (cerveau). De la gare centrale, une nouvelle locomotive est envoyée vers une autre gare secondaire (muscles de la jambe), mais avant d y parvenir, la locomotive doit passer par la gare de triage (synapse). A son arrivée à la gare de triage, les billes (neurotransmetteurs) stockées dans les wagons à charbon (vésicules synaptiques) sont transférées par les personnages dans les récipients correspondants (récepteurs sur la membrane du neurone suivant) via le carton couvrant le rail avant l aiguillage (fente synaptique). Une nouvelle locomotive se met en route vers la deuxième gare secondaire où les personnages vont grimper au dessus de l obstacle. Les billes sont déversées des récipients sur le carton couvrant le rail où elles sont soit détruites par un personnage, soit renvoyées près du wagon à charbon. Pour simuler le fait que différents neurotransmetteurs peuvent être déversés par le neurone pré-synaptique et que différents récepteurs membranaires existent sur les neurones post-synaptiques entraînant des effets spécifiques selon le couple neurotransmetteur-récepteur impliqué, une deuxième manipulation est faite où un mélange de billes différentes est déversé, mais où soit un autre type de récipient existe sur le neurone post-synaptique ce qui envoie une locomotive sur une autre gare secondaire, soit deux récipients différents existent ce qui provoque l envoi de deux locomotives vers deux gares secondaires.

15 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 15 Nous aborderons aussi la notion de seuil (effet «tout ou rien»), de latence (la période réfractaire entre deux potentiels d action qui empêche l influx nerveux de repartir en arrière), de modulation de l influx nerveux (fréquence des potentiels d action) et pourquoi il est intéressant pour l organisme que le système nerveux travaille avec un potentiel d action et les neurotransmetteurs. Deuxième étape : Quels sont les effets de l alcool sur le système nerveux et le reste de l organisme? (10 minutes) Après avoir expliqué que l alcool passe directement dans le sang qui le véhicule alors vers le reste du corps, nous travaillerons en deux temps : observation des effets de l alcool au niveau cellulaire et moléculaire d une part et tissulaire d autre part. 1 Niveau cellulaire et moléculaire (effets microscopiques) Système nerveux L alcool se lie au site de fixation du neurotransmetteur sur le récepteur et ainsi diminue la transmission de l influx nerveux (désensibilisation). L alcool se lie au récepteur ailleurs que sur le site de fixation du neurotransmetteur, ce qui conduit à l hypersensibilisation du neurone postsynaptique. Modèle Le dinosaure saute dans un des récipients à billes et empêche donc qu une bille y soit déposée, diminuant ainsi le nombre de billes pouvant donner le signal de départ à la locomotive, ce qui ralentit son arrivée à la gare secondaire Le dinosaure s installe à coté de l'emplacement de la bille sur le récipient provoquant un démarrage précipité de la locomotive vers la gare secondaire (le conducteur a peur). L alcool augmente la sécrétion de neurotransmetteurs des neurones présynaptiques. Plus de récepteurs sur le neurone post-synaptique seront donc occupés. L alcool empêche la désactivation du neurotransmetteur dans la fente synaptique, provoquant ainsi un maintien du signal. L alcool affecte les pompes ioniques de la membrane neuronale perturbant ainsi l équilibre du potentiel d action ce qui ralentit la vitesse de conduction. A l arrivée du dinosaure dans la gare de triage, les personnages transfèrent plus de billes aux récipients correspondants, ce qui précipite alors la locomotive vers une gare secondaire. La présence du dinosaure dans la gare de triage empêche les personnages apeurés de détruire ou évacuer les billes situées sur le carton et de les remettre dans les récipients. La locomotive voyage de façon ralentie.

16 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 16 Autres organes L arrivée de l alcool dans une cellule hépatique active les enzymes impliquées dans la détoxication de l alcool. Modèle L arrivée du dinosaure dans une gare secondaire incite les personnages à tuer le dinosaure. 2 Niveau tissulaire (effets macroscopiques) Altérations du système nerveux Le cerveau possède des centres rationnels (cortex), émotifs (système limbique) et pulsionnels (hypothalamus). Au niveau du cerveau, l alcool agit directement sur les neurones des centres de contrôle supérieurs, c. à.d. ceux de la cognition, l humeur et l anxiété, etc. Manifestations L alcool a des effets désinhibants, euphorisants, anxiolytiques et anesthésiants, sur la capacité de mémorisation, etc. Altérations des autre organes Les perturbations de l influx nerveux provenant des circuits responsables de nos réflexes provoquent aussi des perturbations au niveau du système musculaire surtout dans les membres, ainsi qu au niveau de la perception sensorielle. Manifestations La coordination des mouvements des jambes et des bras, la posture ainsi que la vitesse de leur réaction à un signal sont diminués. Le champ de vision est rétréci. Troisième étape : Quels sont les effets de la consommation chronique d alcool sur le système nerveux et le reste de l organisme? (5 minutes) Nous aborderons ici les adaptations de l organisme à une consommation abusive, voir chronique menant à la tolérance et à la dépendance de l alcool. La prise d alcool procure un sentiment de bien être lié à la stimulation du circuit de la récompense (procuration de plaisir). Ce dernier a été mis en place au cours de l évolution pour nous inciter à renforcer les comportements favorables à la survie de l espèce. L alcool active artificiellement ce système naturel. Consommé de façon chronique, cependant, l alcool court-circuite ce système. 1 Niveau cellulaire et moléculaire (effets microscopiques) Système nerveux La consommation chronique d alcool mène au phénomène d accoutumance Modèle Le nombre de récipients sur le rail postsynaptique est augmenté ou plus de billes

17 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 17 (ou tolérance) due à une adaptation des neurones. Ceux-ci modifient le nombre ou la sensibilité de leurs récepteurs pour s adapter à l apport supplémentaire d alcool. Il faudra boire de plus en plus pour obtenir les effets agréables. Finalement cela mène à la dépendance. Consommé de façon chronique, l alcool court-circuite le système de la récompense. Le cerveau modifie la production de certains de ses neurotransmetteurs La myéline autour des axones qui accélère la conduction nerveuse est endommagée par la consommation chronique. Cette démyélinisation des axones ralentit ainsi l influx nerveux (myélopathies et axonopathies). L abus chronique d alcool induit la nécrose neuronale trouant ainsi le cerveau (neuropathie) et réduisant le volume cérébral et perturbant définitivement certaines fonctions. L alcoolisme provoque un élargissement des fentes synaptiques contribuant ainsi au ralentissement de la transmission de l influx nerveux. La consommation chronique d alcool réduit le nombre de récepteurs sur la membrane du neurone post-synaptique Les symptômes de sevrage causés par l absence brusque d alcool sont opposés à ceux observés en cas d intoxication avec l alcool parce que les voies compensatoires développées par le cerveau sont soudainement de trop. L excès d alcool ayant conduit à la désactivation de certaines voies métaboliques de l organisme, celui-ci aura besoin de temps pour rétablir l équilibre de ses neuromédiateurs. sont requises pour faire redémarrer la locomotive. Il faudra de plus en plus de dinosaures pour perturber le fonctionnement du réseau ferroviaire comme on veux. On ne peux plus se passer de dinosaures. Le sort et la quantité des billes déversées et rangées varient. La locomotive roule plus lentement sur les rails endommagés. Un rail manquant dans le réseau ferroviaire rend possible l acheminement de la locomotive vers une des gares. Le carton posé sur le rail (simulant la fente synaptique) est plus long; les billes doivent donc parcourir un chemin plus long entre le wagon à charbon et le récipient correspondant. Le nombre de récipients à billes est diminué rendant plus difficile l atteinte du seuil nécessaire pour la transmission de l influx nerveux. Les nouveaux tronçons de réseau ferroviaire placés deviennent superflus.

18 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 18 Autres organes (Exemples) La présence permanente et les quantités croissantes d alcool à métaboliser par les enzymes hépatiques finissent par endommager ces cellules. Troubles d innervation des muscles des membres inférieurs. Modèle La gare secondaire trop utilisée se dégrade. Les informations amenées par la locomotive sont mal communiquées et donc mal exécutées par les personnages sur les quais d une gare secondaire (un personnage est plus lent à déplacer l obstacle dans son chemin ou il laisse tomber le paquet qu il porte. 2 Niveau tissulaire (effets macroscopiques) Altérations du système nerveux Le cerveau possède des centres rationnels (cortex), émotifs (système limbique) et pulsionnels (hypothalamus). Au niveau du cerveau, l alcool agit directement sur les neurones des centres de contrôle supérieurs qui seront endommagés. Manifestations Bien que l alcool ait dans un premier temps des effets désinhibants, euphorisants, anxiolytiques et anesthésiants, sur la capacité de mémorisation, etc, à la longue l individu devient irascible, insomniaque et perd ses capacités de mémorisation. Altérations des autre organes La toxicité de l alcool aboutit à la destruction des cellules hépatiques. La vascularisation est augmentée notamment dans le visage. Manifestations Cirrhose du foie Visage rouge avec petits vaisseaux sanguins très visibles sous la peau. Quatrième étape : Restructuration des savoirs (5 minutes) Nous résumerons ensemble les notions abordées au cours des trois étapes précédentes en mettant l accent sur le lien entre les effets moléculaires et cellulaires de l alcool sur l organisme et leur manifestation sous forme d effets visibles au niveau des tissus.

19 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? Evaluation des résultats en regard des représentations initiales (10 minutes) Pour clôturer la séance, nous retravaillons en commun, avec l ensemble des élèves, les représentations initiales. Nous examinons dans quelle mesure ces représentations auront évolué à la suite des 3 expériences (A, B et C) réalisées par les élèves. 9. Bibliographie Sites internet : 1) Wikipedia (2005), Wikipedia l encyclopédie libre, consulté en décembre 2005 sur 2) Infor Drogues (2005), les produits l alcool, consulté en décembre 2005 sur 3) j-ph Bosseret, prof à l'institut Marie-Thérese à Liège (2005), système nerveux les paradis artificiel : les drogues, consulté en décembre 2005 sur 4) Instituts de recherche en santé du Canada (2005), le cerveau à tous les niveaux le plaisir et la douleur, consulté en décembre 2005 sur 5) CyberScol (2000), carrefour atomique guides pédagogiques propositions d activités pédagogiques module 3 : l alcootest et la stoechiométrie, consulté en décembre 2005 sur 6) Nicole Asselin, Lisa Chiasson et Josée Morin, Université Laval, «l alcootest, comment ca fonctionne?», document pdf consulté en décembre 2005 sur ESSID=9c411619d2dabeb529e9d9bc58c ) Les gestes de l urgence Le système nerveux - Doctissimo consulté en novembre 2005 sur 8) Les cahiers de prospective jeunesse. Cahier 32. Numéro spécial sur les jeunes et l alcool (actes du colloque du 18 mai 2004) consulté en octobre 2005 sur 9) Les mésaventures d Alco. Consulté en novembre 2005 sur Livres : 1) Les SVT en classes terminales S. Exercices de type 1 consultés en octobre 2005 sur

20 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? 20 2) Biologie. Des molécules aux écosystèmes. Loisirs et Pédagogie. (Ed. W. Miramet et KH Scharf). Revues : 1) Compétences terminales et savoirs requis en sciences. Humanités générales et technologiques. Fascicule publié par le Ministère de la Communauté Française de Belgique ; 2) Alcoolisation excessive : controverse et prévention. La santé de l homme n 368 (2003) publié par l Institut National de Prévention et d Education pour la Santé de France ; 3) Alcool. F. Vanderstichelen. Atout Santé. (2003) Assuétudes n 16. Articles : 1) Fein G and Di Sclafani V. Cerebral reserve capacity : implications for alcohol and drug abuse. Alcohol (2004) 32, ) Tupala E and Tiihonen J. Dopamine and alcoholism: neurologicalbasis of ethanol abuse. Progr. Neuro-Psychopharmacol. Biol. Psychiatry. (2004) 28, ) Ammendola A et al. Peripheral neuropathy in chronic alcoholism : a retrospective cross-sectorial study in 76 subjects. Alcohol and alcoholism (2001) 36, ) Moulton P et al. Alcohol-induced impairment and enhancement of memory : A test of the interference theory. Physiol. and Behaviour. (2005) 85, ) Avaria M et al. Peripheral nerve conduction abnormalities in children exposed to alcohol in utero. J Pediatr. (2004) 144, ) Roulet T. et al. Effects of ethanol on the rat brain : ultrastructural alterations in the temporal cortex and in the hippocampus. Alcohol (1985) 2, Remerciements Nous remercions le Professeur Ph. Van den Bosch pour son aide dans la recherche d informations à propos des effets de l alcool sur le système nerveux, ainsi que pour avoir mis à notre disposition des images de cerveaux de rats alcooliques. Nous remercions également Mr. L. Kluppels de L Institut Belge pour la Sécurité Routière pour le prêt des lunettes simulant l état d ivresse et les informations s y référant.

21 Alcool et cerveau font-ils bon ménage? Annexe 1 : schéma du circuit du train électrique